Pour booster l’efficacité énergétique, et si on veillait aussi sur l’efficacité hydrique ?

L’eau et l’énergie sont des utilités intimement liées dans une usine. La preuve ? Avec une eau de mauvaise qualité, un osmoseur, un échangeur de chaleur, ou une tour aéroréfrigérante voient leur efficacité énergétique chuter : une bonne raison pour veiller attentivement sur « l’efficacité hydrique » dans l’industrie. Une vision défendue par Stéphane Gilbert, Président du Directoire d’Aquassay, entreprise spécialisée dans l’efficacité de l’usage de l’eau.

 

L’efficacité énergétique, tout le monde connaît. Mais qu’est-ce que l’efficacité hydrique ?

Stéphane Gilbert En effet, l’efficacité hydrique est encore peu connue. C’est un concept très récent, du début des années 2010, né d’une conviction forte : celle que l’eau est un bien précieux, altérable, épuisable et coûteux. Concrètement, l’efficacité hydrique est une démarche globale d’optimisation de la gestion de l’eau dans l’industrie, tant sur la qualité que sur la quantité. L’objectif de l’efficacité hydrique est de moins consommer d’eau, de mieux produire et de moins rejeter de polluants. Nous nous appuyons sur les sciences et les techniques du numérique pour faire de l’efficacité hydrique « data driven » et ainsi agir sur les usages du cycle de l’eau.

 

Quels sont les liens entre eau et énergie dans l’industrie ?

SG J’ai l’habitude de dire que l’efficacité hydrique et l’efficacité énergétique dans l’industrie représentent les deux faces d’une même pièce de monnaie. La raison est d’abord de nature physico-chimique : l’eau a la formidable capacité d’emmagasiner l’énergie. En clair, elle joue le rôle de vecteur thermique, permettant à la fois de chauffer ou de refroidir. L’eau est donc au cœur des procédés industriels, pour produire par exemple de l’électricité ou de la vapeur.

On comprend bien dès lors que la qualité de l’eau influe sur la qualité de cette production. Imaginez : prenez de l’eau trop calcaire dans un échangeur de chaleur. Dans l’eau chaude, le calcaire précipite et une couche de tartre se forme sur les parois… qui va se comporter comme un isolant. Non seulement l’échangeur peut perdre 40 % en performance énergétique, mais en plus l’industriel devra supporter des frais de maintenance pour se débarrasser du tartre. Ces dépenses vont pourtant être comptabilisées comme des coûts liés à l’énergie. Or l’eau de mauvaise qualité est la seule responsable de ces médiocres performances.

Récemment, nous avons réalisé un audit pour identifier les coûts de l’eau dans une usine et nous avons constaté que les frais imputables à l’eau étaient largement sous-estimés. Ils sont jusqu’à 10 fois supérieurs aux coûts visibles de l’eau, c’est-à-dire ceux de l’approvisionnement cumulés à ceux du traitement des rejets.

 

Comment une solution numérique reliant eau et énergie apporte-t-elle des bénéfices ?

SG Il est indispensable de considérer l’usine comme un système intégré, qui consomme de l’énergie, de l’eau, de l’air, qui fabrique des produits manufacturés, qui crée et rejette des déchets. Les avancées des sciences et les techniques du numérique permettent désormais de recueillir, trier et analyser ensemble tous types de data, provenant de plateformes digitales variées, dans une banque de données unique.

C’est, pour l’industriel, la possibilité d’étudier conjointement tous les éléments qui interagissent dans son usine, pour mieux en comprendre la complexité et pour apporter une vraie valeur ajoutée. Cette nouvelle vision holistique permet d’optimiser les productions alors même que tout semble bien fonctionner.

Un exemple : en surveillant à la fois le cycle de l’eau et la chaudière vapeur d’une laiterie, nous avons constaté un retour d’eau froide dans les condensats. Le client n’en soupçonnait même pas l’existence ! En interdisant ce retour d’eau froide, il a gagné l’équivalent de 10 000 euros par an en énergie. La preuve qu’en surveillant ensemble la gestion de l’eau et de l’énergie, les solutions sont pertinentes et les bénéfices très rapides.

 

L’idée est donc de surveiller le système industriel dans sa globalité. Uniquement ?

SG – Non, pas seulement. L’usine doit être supervisée en tant que système intégré, comme nous venons de le montrer. Mais pas seulement. Elle doit aussi être suivie en dynamique, car la qualité de l’eau varie en permanence. L’inertie thermique de l’eau et l’inertie liée à sa masse doivent également être considérées. En conséquence, l’influence de l’eau sur la performance énergétique et industrielle doit être étudiée à la fois en temps réel et dans le temps.

Cela permet aux techniciens d’adapter les process et de détecter les incidents précocement grâce aux calculs prédictifs issus de l’historisation des données. Les industriels peuvent ainsi optimiser leur production, mais aussi économiser l’énergie et l’eau. Car contrairement à ce que l’on croit parfois, l’eau n’est ni gratuite, ni inaltérable, ni inépuisable. La surveillance de la gestion de l’eau est même pour nous une question citoyenne qu’il ne faut pas occulter !

 

Aquassay en bref

2015 – la création en juillet

21 collaborateurs

22 sites équipés dans 5 pays : Algérie, Bulgarie, Égypte, France, Suisse

Quelques conseils pratiques pour un renouvellement d’air plus efficace

Vous le savez : les enjeux d’un renouvellement d’air efficace sont centraux dans les ateliers. Mais savez-vous quelles sont les pratiques à respecter pour optimiser la qualité de l’air tout en limitant les consommations d’énergie ?

 

L’optimisation de la qualité de l’air dans un atelier industriel commence toujours par un état des lieux complet des problématiques, des systèmes et des process dans les locaux : poser les bonnes questions, recenser les équipements thermiques et aérauliques, réaliser un diagramme de l’air humide, séparer les fonctions de chauffage et de ventilation… « Cet état des lieux permet de mieux comprendre les conditions de votre atelier et de trouver les solutions adaptées à vos contraintes, affirme Bruno Gilles, Directeur du Marché Industrie. Mais ce n’est pas encore suffisant. Quelques ajustements dans les modes de traitement des polluants et un suivi des performances dans la durée vont vous permettre d’optimiser à coup sûr le renouvellement d’air dans votre atelier. Soyez-en persuadés ! »

 

1. Évacuer les polluants à la source

En évacuant les polluants à l’endroit même où ils sont émis, les volumes de l’atelier à traiter diminuent comme peau de chagrin. « En s’équipant d’extracteurs spécifiques, de hottes aspirantes ou de cabines de confinement au niveau des machines ou des lignes de production, les retours sur investissement sont courts, affirme Bruno Gilles. Entre 1 et 3 ans. C’est une solution très avantageuse. »

 

2. Renouveler l’air par déplacement, plutôt que par mélange

Les ateliers sont généralement traités en mélangeant tout le volume d’air du bâtiment. Pour que la qualité de l’air soit meilleure autour des personnes, il convient de traiter les polluants de l’air… là où ils sont et de les rejeter par le plafond du bâtiment. Ce renouvellement d’air « par déplacement » permet d’introduire 3 fois moins de volume d’air conditionné pour la même qualité d’air et les consommations d’énergie sont diminuées de moitié, globalement avec les pertes statiques !

 

3. Optimiser le taux d’air neuf

Les besoins en air propre ne sont pas les mêmes selon l’occupation de l’atelier, l’activité ou les zones. « Il n’est pas nécessaire de ventiler partout avec le même débit d’air. Chaque zone autonome de l’atelier pourra être traitée en fonction de ses concentrations de polluants, plus importantes près des machines en marche que dans les stocks par exemple. ». Avec des traceurs de présence en plus, le débit d’air s’adapte à chaque taux d’occupation.

 

4. Préchauffer l’air extérieur introduit

Les économies d’énergie sont particulièrement importantes lorsque l’air neuf est préchauffé par l’énergie récupérée sur l’air extrait de l’atelier ou par un échangeur de chaleur avant de pénétrer dans l’atelier : entre 50 et 70 % !

 

5. Proposer une régulation par zone

Pour économiser l’énergie, il faut accepter de ne pas se focaliser sur des points de consigne précis, comme l’explique Bruno Gilles : « La régulation portant sur une fenêtre de consignes (par exemple entre 17°C et 19°C et entre 55 et 65 % d’humidité) nécessite beaucoup moins d’énergie qu’une régulation définie sur un point précis (18°C avec 60 % d’humidité). »  Les gains de 30 à 50 % d’énergie sont ainsi possibles, pour ce type de régulation.

 

6. Avoir un contrôle-commande performant

À l’intersaison, les performances des centrales de traitement d’air diminuent, car elles exigent des régulations plus fines. « Lorsque la température extérieure est de 16°, alors que l’on veut 18°C dans l’atelier, la centrale se met en marche, décrit Bruno Gilles. Alors qu’un système de contrôle-commande performant analysera la situation et prendra en compte la chaleur produite par les process de fabrication, pour ne pas déclencher inutilement la centrale. »

 

7. Faire des bilans des modes de diffusion d’air

Après avoir suivi les précédentes étapes pour optimiser le renouvellement d’air dans l’atelier, il est temps de réaliser le bilan des modes de diffusion d’air. A-t-on bien séparé les fonctions chauffage et ventilation ? Le renouvellement s’effectue-t-il bien par déplacement d’air et en fonction des besoins réels ? Les mouvements, le brassage et les vitesses d’air sont-ils optimisés ?… Ce bilan doit être effectué régulièrement.

 

8. Suivre, contrôler et s’inscrire dans une démarche partagée dans la durée

Reste à inscrire les performances du traitement d’air mis en place dans la durée. Il convient donc de suivre et contrôler les paramètres thermiques et aérauliques, en fonction des process de l’usine. L’analyse Big Data multi-variables sur un long historique permet justement d’accompagner ces résultats, d’apporter une vision globale du traitement d’air dans l’atelier et d’établir des corrélations entre les systèmes. Elle permet également d’affiner les réglages pour maintenir les performances en matière de rendement et de coûts. « L’outil Big Data permet en plus d’impliquer les collaborateurs de l’atelier et la direction sur les démarches d’économies d’énergie, conclut Bruno Gilles Sur les courbes d’analyse, ils peuvent visualiser les progrès sur la qualité de l’air et les économies d’énergie grâce à leurs actions : réaliser les bons réglages, fermer les fenêtres, ou encore mettre en marche une hotte aspirante. C’est, pour eux, un outil d’accompagnement valorisant et impliquant ! »

Donnez un nouvel air à votre atelier : l’état des lieux

Les enjeux d’un renouvellement d’air efficace sont centraux dans les ateliers. L’optimisation de la qualité de l’air permet de gagner en productivité, en coûts d’exploitation, sur les dépenses énergétiques, et en qualité de vie au travail. Mais comment faire ?

Apporter des bonnes conditions d’air dans un atelier est exigé par les réglementations sur la santé et l’hygiène, ou sur les taux de polluants admis… « C’est évidemment surtout une question de bien-être pour ceux qui travaillent au quotidien dans le bâtiment, souligne Thierry Beaussé, expert énergéticien dans l’industrie. Quand les collaborateurs se plaignent d’une atmosphère trop chaude, trop froide, trop humide, malodorante dans leur atelier, c’est souvent le reflet de leur mal-être. Avec une meilleure qualité d’air, ils se sentent mieux et la motivation s’en ressent. Je l’ai vérifié au fil de mes expériences en industrie. »

On comprend mieux dès lors l’intérêt de tout mettre en œuvre pour améliorer la qualité de l’air. « Mais plutôt qu’investir directement dans des centrales de renouvellement d’air coûteuses, une démarche séquencée, des bonnes pratiques et du bon sens s’avèrent bien plus efficaces » garantit Thierry Beaussé. Une démarche qui démarre par un état des lieux complet des problématiques et des équipements de l’atelier.

 

1. Se faire aider pour poser les bonnes questions… et formuler les bonnes problématiques

En matière de renouvellement d’air, les questions conditionnent les réponses techniques à apporter. Une évidence ? « Quand on est concentré sur la production, il est difficile de voir toutes les composantes de la situation et d’apporter des réponses innovantes, explique Thierry Beaussé. En revanche, un intervenant extérieur au site verra les conditions dans l’atelier avec un regard neuf, il posera des questions sous des angles différents, pour reformuler les problématiques de renouvellement d’air. »

 

2. Faire un état des lieux aéraulique et thermique

Avant de chercher des solutions, d’investir et d’agir, la bonne pratique consiste à faire un état des lieux de l’existant. « Qu’y a-t-il dans votre atelier ?, questionne Thierry Beaussé. Des générateurs d’air chaud aérothermes ou des panneaux radiants pour le chauffage ? Un extracteur d’air spécifique propre à une machine ou un extracteur global à tout l’atelier pour ventiler l’air ? Des systèmes mixtes comme des centrales de traitement ou des générateurs de ventilation tempérée make-up ?… ». Il s’agit également d’analyser et de recenser les polluants présents dans l’atelier, tout en prenant en compte la météo et les caractéristiques du bâtiment, c’est-à-dire son volume, sa hauteur, l’isolation, les fenêtres, les différentes zones (stockage, production…). « Et enfin, est-ce que vos différents équipements sont suffisamment instrumentés pour permettre un suivi efficace des paramètres de régulation (poids d’eau, températures, pressions…) ? »

 

3. Connaître le diagramme de l’air humide

La réalisation du « diagramme d’air humide » permet de visualiser graphiquement les caractéristiques de l’air dans l’atelier. Elle est nécessaire au dimensionnement de la centrale de traitement d’air. Sous-dimensionnée, la centrale ne sera pas performante pour traiter l’air. Sur-dimensionnée, elle utilisera trop d’énergie pour fonctionner, avec à la clé, des dépenses inutiles !

 

4. Séparer les fonctions chauffage et ventilation

Selon les équipements existants dans l’atelier, les solutions d’optimisation varient, car les fonctionnements diffèrent.

La centrale de traitement d’air, par exemple, aspire l’air neuf extérieur ou recycle l’air de l’atelier. Celui-ci passe à travers un filtre puis dans l’une des deux batteries : chaude (alimentée par de la vapeur d’eau) l’hiver, froide (alimentée par de l’eau glacée) l’été.

« Le make-up, en revanche, utilise uniquement l’air neuf extérieur, qui va passer dans un brûleur au gaz pour chauffer, illustre Thierry Beaussé. L’air est ensuite injecté dans l’atelier. Certains ateliers sont ainsi équipés de make-up uniquement, pour assurer à la fois chauffage et traitement d’air. C’est parfait quand l’usine est en fonctionnement : le rendement est proche de 100 %. Mais le week-end, s’il fait froid dehors, -5°C par exemple, le chauffage se met en hors gel, aspire l’air froid extérieur et doit utiliser beaucoup d’énergie pour souffler de l’air chaud dans l’atelier vide. Le rendement du traitement d’air tombe alors à 20 % environ, voire moins. C’est la raison pour laquelle je conseille non seulement d’être attentif au mode de fonctionnellement des centrales pour adapter le réglage mais aussi de séparer les fonctions chauffage et ventilation. »

 

Une fois cet état des lieux réalisé dans l’atelier, de nombreuses techniques pleines de bon sens vont optimiser encore l’efficacité du système de renouvellement de l’air tout en minimisant les dépenses d’énergie.

Wiki Industri.e : Data Lake ou comment le stockage en masse booste l’analyse des données énergétiques

À l’ère de l’Internet des Objets, du Big Data et du Cloud, l’agrégation et le stockage en masse à moindre coût des données de l’entreprise est possible et pertinent.

La création d’un espace de stockage de données brutes de type Data Lake correspond au besoin nouveau des entreprises d’organiser, centraliser, gérer, exploiter, analyser de grands volumes de données, tout en cassant les silos des systèmes d’information dans lesquels les données des entreprises sont traditionnellement rangées.

Pour mieux comprendre, James Dixon, spécialiste américain en Business Intelligence, comparait en 2011 le Data Lake à une « large étendue d’eau à l’état naturel, dans lequel on peut plonger pour en prélever des échantillons », par opposition au Data Mart (1), espace de stockage de données sélectionnées et structurées, « comptoir de bouteilles d’eau nettoyées, emballées et structurées pour en faciliter la consommation. » L’image est parlante mais le concept nécessite quelques explications supplémentaires.

 

1. Qu’est-ce qu’un Data Lake ?

2. Atouts

3. Limites et risques

4. Application à la performance énergétique industrielle

 

 

1. Qu’est-ce qu’un Data Lake ?

Considéré parfois comme la version nouvelle génération du Data Warehouse, le Data Lake désigne un espace qui permet de stocker des quantités importantes de données, quelles que soient leur nature et leur origine, sans limite de durée et sans schéma strict d’organisation des flux entrants.

Toutes les données brutes et toutes les données transformées d’une entreprise peuvent ainsi coexister au sein d’un même Data Lake.

Les bénéfices ? Plus de fluidité, d’agilité, d’interaction et de facilité dans le traitement, l’exploitation et l’analyse des données. C’est pourquoi le Data Lake est utilisé par de plus en plus d’entreprises, notamment pour la relève de données d’énergie (consommation électrique, puissance, état…).

 

2. Cinq atouts

1. Le Data Lake permet de collecter et stocker toutes les données brutes de l’entreprise en un lieu unique et en temps réel. Cette flexibilité constitue le premier avantage.

2. Ensuite, l’absence de structuration contrainte des données permet de conserver intact tout le potentiel des informations sources. L’utilisateur peut extraire des données natives pour les croiser entre elles afin de les exploiter et de satisfaire les besoins d’analyse présents et futurs.

3. Dans l’industrie, le Data Lake constitue une réelle avancée, car il permet de restituer en temps réel les données de tous les capteurs d’une usine dans une base unique. Les applications métier peuvent ainsi interagir rapidement avec le Data Lake.

4. La capacité de collecte massive de données du Data Lake combinée à de la puissance de calcul permettent d’associer les flux de données à leurs déclinaisons métier et aident à optimiser les process industriels.

5. On peut associer aussi les Data Lake à des démarches de machine learning qui visent à exploiter toutes les données d’entreprises pour constituer des modèles prédictifs.

 

3. Limites et risques

Le manque d’organisation et de hiérarchisation des données risque parfois de conduire au désordre, ce qu’on appelle aussi un « marécage de données », un Data Swamp. Le Data Lake nécessite donc des outils très techniques et des compétences spécifiques, pour bien définir les besoins et mieux maîtriser les données à exploiter.

Il est essentiel de fixer une stratégie, pour trier les données et ne pas collecter des grands volumes inutilement, et de sélectionner prioritairement les données à valeur ajoutée.

 

4. Application à la performance énergétique

Le Data Lake est particulièrement adapté aux besoins des décideurs impliqués dans la performance énergétique industrielle. En effet, les données nécessaires à la constitution des tableaux de bords émanent d’équipements à la fois divers (capteurs, automates, machines, relevés manuels…) et hétérogènes (unités différentes, suites temporelles à pas différents, ou même à pas variables…).

De plus, l’énergie étant un sujet transverse, les informations utiles à la création des ratios et KPIs sont issues d’outils métier (production, maintenance, énergie, qualité) et de systèmes (MES, ERP…) dont le formalisme doit être respecté. Enfin, la démarche de progrès inhérente à la performance énergétique (PDCA) considère par nature que les besoins d’informations futurs dépendent des observations actuelles : il est donc impératif de conserver au maximum les données brutes. C’est le choix fait par Vertuoz Industri.e dans ses outils.

 

(1) Constituant du Data Warehouse, ou Entrepôt de données.

Le digital dans la chaufferie, un bon investissement ?

Les chaufferies font elles aussi leur transition numérique. Les grosses installations sont presque systématiquement équipées d’une GTC (Gestion Technique Centralisée) qui permet de connaitre à tout instant l’état de fonctionnement technique de l’installation mais ne dit pas grand chose sur sa performance. Elles sont donc de plus en plus nombreuses à disposer aussi d’une solution digitale pour optimiser leurs performances énergétiques et mieux gérer la maintenance. Mais ces outils connectés représentent-ils réellement un bon investissement pour ces réseaux de chauffage ? Réponse par les ingénieurs efficacité énergétique de Vertuoz Industri.e.

Les centrales de production d’énergie (chaud, froid…) utilisent des outils numériques pour être plus performantes et cela fonctionne ! Prenez l’exemple du réseau de chaleur de Rillieux-la-Pape, près de Lyon, qui maximise la récupération de chaleur et exploite majoritairement des énergies renouvelables (plus de 90 % !) depuis qu’une solution numérique d’aide au pilotage a été installée. Ou celui de Plaine Commune Énergie, en Île-de-France, qui a gagné environ 10 % de performance sur le rendement d’une chaudière biomasse en seulement 3 mois ! « Ces exemples suffiraient déjà à démontrer les bénéfices apportés par la mise en œuvre d’un outil digital, s’enthousiasme Camille Boutinet. Mais en plus, un outil numérique dans une chaufferie apporte d’autres gains, beaucoup d’autres gains ! »

 

Libérer du temps à l’exploitant du site

Pour l’exploitant du site, par exemple, le quotidien est rythmé par de nombreuses charges qui viennent s’ajouter au cœur de métier technique. Les tâches transverses sont nombreuses : RH (plannings des équipes), administratives (suivi réglementaire…) ou commerciales (établissement des devis, ordre de commandes…), le temps est donc compté. Grâce à la standardisation des meilleures pratiques d’exploitation, au suivi temps réel des consommations d’énergie et à l’automatisation du reporting quotidien et mensuel des indicateurs de performance de la chaufferie, l’exploitant peut se concentrer sur le cœur de ses missions et gagner sur les coûts d’exploitation du site.

 

Réduire la durée des interventions

L’outil digital permet de désigner facilement les dysfonctionnements des équipements de production d’énergie, à condition qu’ils soient équipés des bons systèmes de mesure et de comptage. Sur leur écran, les équipes opérationnelles identifient aisément les anomalies, repérées par des alarmes visuelles déclenchées par plusieurs critères combinés. Ils savent immédiatement où inspecter, même si la panne n’a pas encore été détectée. Le temps gagné est ainsi très important : sur une centrale de traitement d’air par exemple, avant cet outil numérique, les équipes d’exploitation ne repéraient parfois le dysfonctionnement qu’après quelques jours et devaient contrôler jusqu’à cinq ou six équipements.

 

Choisir la bonne cascade d’allumage

Forts de leur expérience, les techniciens avaient déjà repéré les réglages apportant de meilleures performances ou encore quelle chaudière avait un meilleur rendement qu’une autre. « En revanche, personne ne savait jusqu’à présent quel était l’impact des réglages en bout de ligne, confie Antoine Roland. Avec l’outil numérique et sa puissance de calcul, les opérationnels peuvent désormais croiser les paramètres de performance entre eux et mesurer l’influence de chacun. Ils ont accès à des informations invisibles, enfouies, qui permettent de régler la cascade d’allumage des chaudières au mieux. » Concrètement, la mise à disposition des données historiques du site permet de révéler les meilleures pratiques passées et de les définir en tant que règles de conduite à suivre.

 

Décider les bons investissements en fonction d’éléments tangibles

Au moment de choisir un nouvel équipement, un variateur neuf par exemple, on peut se fonder sur sa performance théorique. Mais rien ne garantit que les résultats soient meilleurs à l’échelle du réseau. Sur la base des données de l’installation, l’outil digital désigne précisément l’élément qui freine les performances au global. «Constatant ainsi les résultats médiocres du réseau avec l’ancien matériel, le client n’hésitera pas à engager des travaux ou le remplacement des équipements incriminés. » souligne Meryl Alexandre.

 

Communiquer entre les acteurs du site

Exploitant de chaufferie, energy manager, directeur de site industriel, opérationnels… Tous les acteurs n’ont pas la même compréhension du sujet « énergie ».  L’outil numérique leur proposera des courbes et des analyses, pour communiquer efficacement entre eux. Mieux : le collaborateur en charge du suivi des consommations énergétiques, en général l’energy manager, pourra valoriser l’impact des bonnes pratiques des opérateurs, des réglages des machines ou de la maintenance sur les coûts d’exploitation et les économies d’énergie. « Le travail de l’energy manager s’en trouve renforcéIl démontre concrètement les bénéfices obtenus grâce à ses actions et la participation des équipes de terrain à ces effets. » Une bonne façon de relier la théorie à la pratique.

 

  |  En conclusion…

Un outil digital dans une chaufferie permet non seulement de faire des économies d’énergie, mais aussi de gagner du temps sur le planning d’exploitation, de diminuer la durée des réparations, d’optimiser le fonctionnement du réseau de chauffage, de changer les équipements à dessein et de valoriser le travail de chacun.